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悉尼大学电化工程

张旭琴
2021-07-14 17:04:42
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治愈夏日的新发现！

《流浪地球》中有一段话：

“最初，没有人在意这场灾难，这不过是一场山火，一次旱灾，一个物种的灭绝，一座城市的消失，直到这场灾难与每个人息息相关。”

全球变暖已然变成了全人类关注的焦点，因此，拥有巨大升温潜能因素之一的“碳排放”成为了科研人员们投入的重中之重。

碳回收的巨大研发成本以及难以攻克的科研障碍似乎让这项技术依然停滞在全面推广的萌芽期。但现在，来自悉尼大学和多伦多大学的合作研发团队有机会通过低PH系统大大增加碳回收的效率。

让我们一起来了解低PH系统，别让地球变成使“我们魂牵梦绕却又回不去的故土”。

到2050年之前，碳捕获和储存（Carbon Capture an  Storage，简称 CCS）有助于将全球变暖限制在1.5℃以内。然而目前所收集到碳的经济价值微乎其微。
来自悉尼大学的工程研究人员与多伦多大学的研发团队合作开发的电化学系统，通过将过剩的二氧化碳转化为有价值的产品（如乙烯和乙醇），可提高捕获二氧化碳的利用价值。
与此前电化学系统不同的是，这项设计可在强酸环境下运行，从而大大提高了碳转化的比例。这有助于为捕获的碳创造一个经济性市场，同时也可为当今使用的能源燃料的制造过程提供了一种低碳替代品。

随着工业化的不断发展，人类的生活水平也越来越高，但二氧化碳对气候的影响也正在加剧，二氧化碳的治理似乎到了刻不容缓的时候。近日，国际能源署（IEA）提出了碳捕获和储存的策略，并认为这将有利于限制全球碳排放量，从而在 2050 年将全球变暖限制在1.5℃内。然而由于技术等限制因素，目前捕获的碳几乎没有任何经济价值，很难对投资方产生吸引力，因此也让很多公司望而却步。
乙烯作为世界上最具商业价值的有机化合物，被广泛应用于包括金属和医疗设备制造在内的诸多行业。

不仅如此，电解装置可以在强酸环境下运行。

但新的问题也随之出现——此时的电解装置里的酸性溶液，开始吸收电子并转化为氢气，最终导致能够与二氧化碳结合的电子寥寥无几。

研究团队通过两种策略的融合来处理这个问题。首先，在酸性条件下增加电流密度，使反应器内充满电子。当氢离子急速流入产生反应之前，会遇到分子“交通堵塞”，这被称为“质量传输限制”。下一步，在反应器中添加带正电荷的离子——钾。它可以在固体催化剂附近形成电场，使二氧化碳更容易被吸收到表面，使其在于氢离子的竞争中占据优势。

在这一方法下，二氧化碳的利用率高到77%且其中50%以上被转化为多碳产品，远超过去不足15%的碳利用率。
    虽然在扩展到工业生产应用水平之前，该系统还有待进一步的研究和优化，比如催化剂在尺寸改变时的稳定性问题以及进一步的能源节约问题，但它具有战略性的现实意义，值得我们为了气候变化和能源利用等环境问题对之不懈探索。

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